(57)【要約】【課題】正極端子キャップ、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体、リング状の弁体支持板、及び正極端子キャップと発電要素の正極とを電気的に接続するハット状の底板からなる組立封口板と発電要素に接続された極板リードを接続する際の溶接強度の信頼性を高める。【解決手段】組立封口板は、中心を避けた中央付近に複数の透孔３ａを有する円盤状の底板３と、リング状のステンレス板５と、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体４と、リング状のＰＴＣ素子板６と、透孔７ａを有する端子キャップ７とをこの順に積層し、これらを環状絶縁性ガスケット８により一体化される。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心を避けた中央付近に複数の透孔を有する円盤状の底板と、リング状のステンレス板と、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体と、リング状のＰＴＣ素子板と、透孔を有する端子キャップとをこの順に積層し、これらを環状絶縁性ガスケットにより一体化されたことを特徴とする組立封口板。
【請求項２】
底板の透孔は、内径が０．５〜２ｍｍである請求項１記載の組立封口板。
【請求項３】
底板の透孔のステンレス板への投影部分は、前記ステンレス板の開口に囲まれている請求項１記載の組立封口板。
【請求項４】
底板とステンレス板とが抵抗溶接または超音波溶接により貼り合わせてある請求項１記載の組立封口板。
【請求項５】
発電要素を収容してその一方の極性の端子を兼ねる電池ケース、および電池ケースの開口部に環状絶縁性ガスケットを含む組立封口板を具備し、前記組立封口板は、中心を避けた中央付近に複数の透孔を有する円盤状の底板と、リング状のステンレス板と、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体と、リング状のＰＴＣ素子板と、透孔を有する端子キャップとをこの順に積層して、これらが前記環状絶縁性ガスケットにより一体化されてなり、前記底板と前記発電要素の他方の極性の電極とが極板リードで接続されてなることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池およびその組立封口板に関し、特に正極端子キャップ、リング状のＰＴＣ素子板、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体、リング状のステンレス板、及び円盤状の底板からなり、発電要素から極板リードを介して底板に電気接続するようにした組立封口板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウム電池等の組立封口板は、正極端子キャップ、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体、リング状の弁体支持板、及び正極端子キャップと発電要素の正極とを電気的に接続するハット状の底板とからなっている。そして、底板のツバ部に弁体と弁体支持板を重ねてツバ部が折り返して、底板と弁体と弁体支持板が一体化され、端子キャップと底板の凹部に透孔が設けられている。そして、負極端子を兼ねる電池ケースに発電要素を収容し、電池ケースの開口部にガスケットを介して前記の組立封口板を装着し、組立封口板の底板の凹部と発電要素の正極とを極板リードで接続し、電池ケースの開口部をかしめて電池が構成される。底板は、凹部にある透孔をさけて発電要素からの電気接続のために極板リードがスポット溶接等で接続される。ここで、溶接時の加圧力により塑性変形することのないように底板の厚みを確保することで、溶接部位および封口板の信頼性を確保している。
【０００３】
このような封口板構造を備えた円筒型リチウム一次電池は、例えば特許文献１に記載されている。図４は、このような円筒型リチウム一次電池の要部断面図を示す。電池ケース２１の内部に正極板、セパレータ、負極板を重ね合わせてスパイラル状に捲回した電池発電要素２２が収容されている。ここで、正極板は二酸化マンガンの粉末等を金属製の芯材に充填した極板であり、セパレータはＰＰ（ポリプロピレン）製、負極板は金属リチウムをシート状に加工したものである。また、電池ケース２１内には有機電解液が注入されており、一例として溶媒はＰＣ（プロピレンカーボネート）、ＤＭＥ（１，２−ジメトキシエタン）、溶質はＬｉＣＦ3ＳＯ3（トリフルオロメタンスルホン酸リチウム）が用いられている。この電池発電要素２２の上方部に、凹部に透孔２３ａの開いたステンレス製のハット状の底板２３のツバ部で所定の圧力で破断するよう防爆機構を有するための金属薄板からなる弁体２４と中央部に孔２５ａの開いたリング状のステンレス板２５を重ね合わせたものをかしめて一体化させたものを最下部とし、その上部にリング状のＰＴＣ素子板２６を載せ、さらにその上に正極端子キャップ２７を積層配置したものを断面がコの字状で環状のガスケット２８を挟んで電池ケース２１の開口をかしめて構成される。そして、このハット状の底板２３の透孔２３ａをさけて凹部の一部に、正極板に接続された極板リード２９が１点または２点でスポット溶接されている。
【特許文献１】実開平４−１１２４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような封口板構造では、例えば、極板リードの幅が狭かったり、ハット状底板の板厚が薄い場合は、溶接強度の信頼性を向上させるためにスポット溶接箇所を増やしたり、透孔の位置を変更して溶接部位を底板周辺部から中央部に変更をすることが好ましい。しかしながら、板厚が薄いと、溶接時の加圧による変位が大きく、溶接強度の信頼性の低下につながるため好ましくない。
【０００５】
一例としては、底板の板厚が０．２ｍｍの場合、周辺部での１点スポット溶接を、中央部での2点スポット溶接に変更しようとすると、加圧力の負担増、また、ハット型形状の
底端部からの中央加圧点までの距離増大による加圧負担増により、スポット溶接時に底板が塑性変形することがわかった。
【０００６】
そこで、この底板中央部での２点スポット溶接を塑性変形なく実現させるためには、底板の板厚を０．３ｍｍ以上にすればよいことがわかったが、ハット状のツバ部で弁体と弁体支持板を挟んで折り返したときの折り返し部の厚みが０．２ｍｍ増大するため底板全体としては０．３ｍｍもの厚み増大につながり、極板リードが下方の電池発電要素部を強く圧迫するようになることで、極板間の内部ショートを誘発する可能性が大きくなるため好ましくない。
【０００７】
そこで本発明は、底板の厚みを例えば０．２ｍｍから０．３ｍｍに増しても、封口板がしめる体積を増大させることなく、スポット溶接箇所を例えば１点から２点に増やしたり、スポット溶接箇所を周辺部から中央部に変えることができる封口板構造およびそれを用いた電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の組立封口板は、中心を避けて中央付近に複数の透孔を有する円盤状の底板と、リング状のステンレス板と、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体と、リング状のＰＴＣ素子板と、透孔を有する端子キャップとをこの順に積層し、これらを環状絶縁性ガスケットにより一体化されたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明の電池は、発電要素を収容してその一方の極性の端子を兼ねる電池ケース、および電池ケースの開口部に環状絶縁性ガスケットを含む組立封口板を具備し、前記組立封口板は、中心を避けて中央付近に複数の透孔を有する円盤状の底板と、リング状のステンレス板と、所定の圧力で破断する円盤状の金属薄板からなる弁体と、リング状のＰＴＣ素子板と、透孔を有する端子キャップとをこの順に積層して、これらが前記環状絶縁性ガスケットにより一体化されてなり、前記底板と前記発電要素の他方の極性の電極とが極板リードで接続されてなることを特徴とする。
【００１０】
このような組立封口板を用いて電池を組み立てると、底板を円盤状とし、これにステンレス板と弁体とＰＴＣ素子板をこの順に積層しているので組立封口板のしめる体積を減少させることができるとともに、底板の厚みを増やすことによって極板リードとの溶接強度の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
なお、底板の透孔は、電池内部でのガス発生等により内部圧力が上昇した際にガスの放出を行うもので、これが円滑に行われるには０．５ｍｍ以上の孔径が好ましく、また、底板の中央付近に極板リードが溶接され、その溶接スペースを確保するうえで２ｍｍ以下の孔径が好ましい。また、底板が貼り合わされるリング状のステンレス板の開口は、底板の透孔のステンレス板への投影部分を囲むような大きさにすることで、内部圧力上昇時のガス放出がより確実となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、底板の厚みを増大させても組立封口板のしめる体積を増大させることはなく、そのことにより底板への中央部、２点スポット溶接を可能にし、底板と極板リードの溶接強度、信頼性を向上させた電池を提供することができる。
【００１３】
また、電池によっては、組立封口板のしめる体積の低減が可能となり、電池ケース内の電池発電要素のしめる体積を増すことで電池の容量増大を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本発明の一実施例として、円筒型リチウム一次電池について説明する。図１は、本発明の一実施例の円筒型リチウム一次電池の要部断面図を示す。この電池は以下のようにして作製する。まず、有底円筒状の電池ケース１の内部に正極板、セパレータ、負極板を重ね合わせてスパイラル状に捲回し、その正極板に極板リード９が接続された電池発電要素２を収容するとともに、負極と電池ケース１とが接続される。ここで、正極板は二酸化マンガンの粉末等を金属製の芯材に充填した極板であり、セパレータはＰＰ（ポリプロピレン）製、負極板は金属リチウムをシート状に加工したものである。次に、組立封口板を以下のようにして準備する。底板３とリング状のステンレス板５とを抵抗溶接または超音波溶接により貼り合わせ、さらにこのステンレス板５にアルミニウムの弁体４を重ねて高周波加熱により溶着固定する。底板３には、中心を避けて中央部分の８箇所に直径０．８ｍｍの透孔３ａが設けられており、その透孔３ａをステンレス板５に投影した部分を囲むようにステンレス板５には直径９ｍｍの開口５ａが設けられている。そして、これにリング状のＰＴＣ素子板６と透孔７ａが設けられた正極端子キャップ７を重ねて絶縁性樹脂からなる環状のガスケット８に挿入して組立封口板ができあがる。この組立封口板を電池ケース１に挿入するとともに、組立封口板の底板３に発電要素２の正極板に接続された極板リード９の端部を１点または２点でスポット溶接した後、有機電解液が注入される。有機電解液は、一例として溶媒はＰＣ（プロピレンカーボネート）、ＤＭＥ（１，２−ジメトキシエタン）、溶質はＬｉＣＦ3ＳＯ3（トリフルオロメタンスルホン酸リチウム）が用いられている。最後に、電池ケース１の開口部分を内側にかしめて封口することによって電池が完成する。
【００１６】
この電池の従来の封口板の要部断面図は図４のとおりであるが、それに用いられているハット状の底板２３はステンレス製であり、底面の直径は８ｍｍ、板厚は０．２ｍｍである。また、底板中央部には直径４ｍｍのガス抜き孔が開いている。極板リード２９は底板２３の周辺部の一部に、３ｋｇ／ｃｍ2で１点でスポット溶接が施され、正極端子キャップ２７までが電気的に接続されている。
【００１７】
（試験１）
底板と極板リードとの接続における溶接強度などを評価するため、従来の電池と同じ構成でハット状の底板に弁体とステンレス板とを一体化したものに、極板リードだけを模擬的にスポット溶接を行った。
【００１８】
図５および図６は従来の電池におけるスポット溶接部の断面図と極板リード側からみた底面図を示す。このときには、１点でのスポット溶接のため、加圧による変形はないものの、十分な溶接強度が得られないものも発生した。
【００１９】
次に、この極板リードの底板周辺部への１点スポット溶接を、中央部への２点スポット溶接に変更するため、まず、板厚は０．２ｍｍのまま、底面中央部の孔をふさいだ底板に変更し、この底板中央部にスポット溶接時の加圧力以上の５ｋｇ／ｃｍ2の加重をかけ、予想されるスポット溶接時の変形具合を確認したところ、加圧なしの状態にもどすと加圧部に塑性変形がみられた。
【００２０】
（試験２）
そこで、塑性変形しない板厚の目安をつけるためＣＡＥによるシミュレーションを行いその板厚を０．３ｍｍと算出し、従来の同じハット状の底板を用いた構造で、板厚のみ０．２ｍｍから０．３ｍｍに変更し、同様の加圧試験を行った。この場合、加圧部には目視による塑性変形は発見できなかった。
【００２１】
ところが、この場合、ハット状の底板のツバ部での折り返し構造のため、厚みが０．２mm増え、さらに溶接部位の板厚分の増大０．１ｍｍと合わせて封口板全体で高さが０．３ｍｍ高くなる。従って、底板にスポット溶接された正極リードが下部の発電要素を圧迫することによる微小ショートを誘発する危険性も高くなるため好ましくない。
【００２２】
（試験３）
そこで、底板の厚みを０．３ｍｍに増大すると同時に、形状を平板にして封口板体積の低減を図り、かつ図２および図３に示すように封口板構成材料である底板３、リング状のステンレス板５、アルミニウムの弁体４をこの順序で積層し、さらに漏液経路を遮断するため底板３とステンレス板５は超音波接着で貼り合わせた。底板３には、中心を避けて中央部分の８箇所に直径０．８ｍｍの透孔３ａが設けられており、その透孔３ａをステンレス板５に投影した部分を囲むようにステンレス板５には直径９ｍｍの開口５ａが設けられている。底板３と弁体４との間にステンレス板５をはさみ、所定の空間距離をあけることでスポット溶接時の加圧、加熱の影響が弁体に出にくくなる。このような構成で、上記と同様の加圧試験を実施し、変形具合を確認したところ、塑性変形は見られず、弁体４の破れもなかった。
【００２３】
そして、図２および図３に示すように平板形状の底板３の中央部に極板リード９を２点スポット溶接したものを作製し、初期引っ張り強度も確認したが現行規格を十分上回る強度を有すること確認できるとともに、より信頼性を向上させることができた。
【００２４】
次に、図２および図３に示す構成と同じ構成をもたせて図１に示す電池を組み立てた。本発明の電池では、電池組立後の抜き取り検査におけるスポットはずれの発生がなくなったため、従来行っていた再検査や工程解析に要する時間が必要なくなり、工数削減、生産性の向上に大きく貢献するものとなった。また、さらに底板でステンレス板とアルミニウム弁体をかしめる構造をやめ、それぞれを平板として、上部のＰＴＣ素子板、正極端子キャップとともに、環状絶縁性ガスケットで一体化することで、材料費、組立工数を低減することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の電池用組立封口板を用いた電池は、組立封口板を構成する底板の厚みを増大させても組立封口板のしめる体積を増大させることなく、底板の中央部への極板リードの接続を複数のスポット溶接または超音波溶接することを可能にすることで、従来以上に電池の溶接部位の信頼性向上に貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例の円筒型リチウム一次電池の要部断面図
【図２】本発明の底板に正極リードがスポット溶接された状態の断面図
【図３】本発明の底板に正極リードがスポット溶接された状態の底面図
【図４】従来の円筒型リチウム一次電池の要部断面図
【図５】従来の底板に正極リードがスポット溶接された状態の断面図
【図６】従来の底板に正極リードがスポット溶接された状態の底面図
【符号の説明】
【００２７】
１    電池ケース
２    電池発電要素
３    底板
３ａ  透孔（φ０．８ｍｍ×８箇所）
４    弁体
５    ステンレス板
５ａ  開口
６    ＰＴＣ素子板
７    正極端子キャップ
７ａ  透孔
８    ガスケット
９    極板リード
１０    スポット溶接部（２点）
２１    電池ケース
２２    電池発電要素
２３    底板
２３ａ  透孔（φ４ｍｍ×１箇所）
２４    弁体
２５    ステンレス板
２６    ＰＴＣ素子板
２７    正極端子キャップ
２７ａ  透孔
２８    ガスケット
２９    極板リード
３０    スポット溶接部（１点）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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